Dispositivos Electrónicos

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1 Dispositivos Electrónicos AÑO: 2010 PRÁCTICAS Rafael de Jesús Navas González Manuel Jesús Martín Vázquez Javier López García

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3 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 1 Práctica 1: CIRCUITOS: Medida de variables eléctricas en un circuito real. Objetivos: - Montar un circuito resistivo en una placa de prototipos. - Utilizar el instrumental del laboratorio para excitar el circuito, medir y representar variables eléctricas. - Verificar el balance energético entre elementos acitvos y pasivos. - Verificar la coincidencia entre valores medidos, y calculados aplicando las técnicas de análisis de circuitos Material e instrumentación a utilizar: - Placa de prototipos ( Protoboard ) - Resistencias de valor nominal 1K y 5% de tolerancia, cables y un diodo. - Fuente de alimentación - Polímetro o multímetro. - Generador de Señales y Osciloscopio. Desarrollo de la práctica: 1º TAREAS A REALIZAR CON ANTERIORIDAD A LA SESIÓN DE LABORATORIO Y A ENTREGAR A LA ENTRADA DE LA SESIÓN DE PRÁCTICAS: Analiza el circuito de la Fig. 1 y completa las tablas (Tabla 1:, Tabla 2: y Tabla 3:). Utiliza para los cálculos teóricos los valores nominales de las resistencias, esto es, los indicados en la propia Fig. 1. Supón que el diodo conduce, emplea su modelo tensión umbral, con V γ =1.75V. Responde brevemente a las siguientes cuestiones: 1.- Que es un multímetro y para qué se utilizará en esta práctica? 2.- Que es una fuente de alimentación y para qué se utilizará en esta práctica? 3.- Que es un generador de señales y para qué se utilizará en esta práctica? 4.- Que es un osciloscopio y para qué se utilizará en esta práctica? Recuerda: Al entrar a la sesión de prácticas se entregaran los datos recogidos en las Tablas 1 a 3, así como las respuestas a las anteriores cuestiones. No olvides quedarte con una copia de tu entrega. N1 R 1 A V D - D B R 5 N2 I 1 I D I4 I 5 V 1 R 2 I 2 R 4 V 2 Fig. 1 C Datos: V 1 =10V; V 2 =2V; R 1 =1kΩ; R 2 =1kΩ; R 4 =1kΩ; R 5 =1kΩ. Departamento de Electrónica Pag.1

4 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 1 Nombre de Alumno: Grupo: Tabla 1: Valores obtenidos del análisis del circuito V AC (V) V BC (V) I 1 (ma) I 2 (ma) I D (ma) I 4 (ma) I 5 (ma) Tabla 2: Potencia teoríca obtenida del análisis del circuito P V1 (mw) P V1 (mw) P R1 (mw) P R2 (mw) P D (mw) P R4 (mw) P R5 (mw) Tabla 3: Balance energético a partor de datos teóricos. Potencia Suministrada Potencia Consumida (mw) Elemento P(mW) Elemento P(mW) Total Total Cuestiones: 1.- Que es un multímetro y para qué se utilizará en esta práctica? 2.- Que es una fuente de alimentación y para qué se utilizará en esta práctica? 3.- Que es un generador de señales y para qué se utilizará en esta práctica? 4.- Que es un osciloscopio y para qué se utilizará en esta práctica? Departamento de Electrónica Pag.2

5 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 1 2º TAREAS A REALIZAR EN EL LABORATORIO: Monta en la placa de prototipos el circuito de la Fig. 1. Trata de reproducir el esquema de la figura sin la necesidad de utilizar cables para la interconexión de las resistencia (ver Fig. 2). Antes de conectar las resitencias, mide su valor con el multímetro y anótalo (Tabla 4:). (Recuerda que las resistencias presentan un 5% de tolerancia respecto de su valor nominal). Como fuentes de tensión DC (V 1 y V 2 en el circuito) se emplearán las salidas de la fuente de alimentación del laboratorio, como muestra la Fig. 3. Antes de conectar las fuentes al circuito, ajusta su valor y mídelo con el multímetro. Anota su valor en la Tabla 5:. Una vez montado el circuito, utilizar el multímetro para medir las tensiones en los nudos A y B respecto el nudo C (equivalente a considerar C como nudo de tierra). Anota los datos en la Tabla 5: y a partir ellos completa el resto de datos calculando las corrientes en las ramas con la polaridad indicada en Fig. 1. Estima también el valor de la tensión umbral del diodo LED. Completa la Tabla 6:, determina qué elementos consumen y que elementos suministran energía en el circuito y verifcar que se cumple que la energía proporcionada por los elementos que suministran energía coincide con la consumida por los elementos pasivos, completando la Tabla 7:. Invierte la polaridad del diodo, en el esquema de la Fig. 1. Repite las medidas y completa la Tabla 8: y la Tabla 9:. Comenta los resultados. Recuerda: Al terminar la sesión de prácticas se entregaran los datos recogidos en las Tablas (Tablas4-9). No olvides quedarte con una copia de tu entrega. V 1 V 2 Fig. 2 TEKTRONIX CPS250 POWER ON OFF GND 0 25 V 5V 2A OVERLOAD _ A B B OVERLOAD _ ma A OVERLOAD _ A/B OUTPUTS PARALLEL SERIES INDEPENDENT A B. VOLTAGE MIN MAX MIN MAX. CURRENT MIN MAX MIN MAX. VOLTAGE. CURRENT 5V 2A B A GND OVERLOAD _ OVERLOAD _ OVERLOAD _ Fig. 3 V 1 = 10V V 2 = 2V Departamento de Electrónica Pag.3

6 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 1 Nombre de Alumno: Grupo: Tabla 4: Valores las resistencias medidos con el polímetro R 1 (KΩ) R 2 (KΩ) R 4 (KΩ) R 5 (KΩ) Tabla 5: Valores de tensión medidos en el circuito y corrientes calculadas V 1 (V) V 2 (V) V AC (V) V BC (V) I 1 (ma) I 2 (ma) I D (ma) I 4 (ma) I 5 (ma) V D (V) Tabla 6: Potencia en los elementos calculada a partir de las medidas experimentales P V1 (mw) P V1 (mw) P R1 (mw) P R2 (mw) P D (mw) P R4 (mw) P R5 (mw) Tabla 7: Balance energético a partor de datos experimentales. Potencia Suministrada Potencia Consumida (mw) Elemento P(mW) Elemento P(mW) Total Total Tabla 8: Valores de tensión medidos en el circuito y corrientes calculadas V 1 (V) V 2 (V) V AC (V) V BC (V) I 1 (ma) I 2 (ma) I D (ma) I 4 (ma) I 5 (ma) V D (V) Tabla 9: Balance energético a partor de datos experimentales. Potencia Suministrada Potencia Consumida (mw) Elemento P(mW) Elemento P(mW) Total Total Departamento de Electrónica Pag.4

7 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 1 3º TAREA COMPLEMENTARIA OPTATIVA. Objetivos: - Generar señales y visualizar una curva de transferencia mediante el osciloscopio. Material e instrumentación a utilizar: - Generador de señales y Osciloscopio. Desarrollo En el circuito de la Fig. 4, V i, es una señal de entrada, cuya forma de onda es de tipo triangular. Para realizarla se emplea un Generador de Señales, cuya salida se conectará adecuadamente al circuito que has montado en la tarera anterior (ver Fig. 2). Como variable de observación, o señal de salida, consideramos la tensión en el nudo B (V BC ). La señal triangular generada debe ser simétrica, con una amplitud de 20Vpp, y una tensión de OFFset, o nivel de continua nulo. Inicialmente selecciona una frecuencia de 20Khz. Para asegurarsae que esto es así, antes de conectar la salida del generador de señales al circuito, visualiza dicha señal en el Osciloscopio. Conecta la sondas del Osciloscopio como se muestra en la Fig. 4 para visualizar ambas señales simultáneamente. Obtendrás una imagen como la que muestra la Fig. 5a). Obseva que la señal de salida es una versión recortada y atenuada de la señal de entrada, y que además tiene un nivel de OFF-set. Mide su valor de pico y su valor mínimo y anótalo en la Tabla 10:. V i (t) N1 R 1 A R 2 I 2 V D - D I 1 I D I4 B R 5 N2 I 5 R 4 V 2 C Datos: V 2 =2V; R 4 =1kΩ; R 5 =1kΩ. R 1 =1kΩ; R 2 =1kΩ; V i (t) Canal Y V o V i Fig. 4 t Canal X Tiempo Fig. 5 a) b) Departamento de Electrónica Pag.5

8 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 1 Utilizar el modo X-Y para visualizar la curva de transferencia que muestra la Fig. 5b). Recuerda que en este modo, la entrada V i que ha sido conectada al Canal X se asocia al eje horizontal de la pantalla, mientras que la entrada V o, que se ha conectado al Canal Y se visualiza en el eje vertical. El resultado es pues un representación grafica de V o = f(v i ). Mide sobre el osciloscopio las coordenadas de (x,y) del codo de la curva, que corresponde con el punto a partir del cual el diodo empieza a conducir. Anótalo en la tabla. Repite los anteriore pasos con el circuito que resulta al invertir la polaridad del diodo LED y obten en el osciloscopio las imagenes que muestra la Fig. 6. Anota los datos en la Tabla 11:. Recuerda: Al terminar la sesión de prácticas debes entregar tu respuesta a las cuestiones propuestas. Fig. 6 a) b) Bibiografía. En el campus virtual dispones un Breve Manual de Introducción a los instrumentos del laboratorio. APENDICE: CÓDIGO DE COLORES PARA IDENTIFICAR EL VALOR DE LAS RESISTENCIAS. Departamento de Electrónica Pag.6

9 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 1 Nombre de Alumno: Grupo: Tabla 10: Medidas 1 V o(pico) (V) V o(min) (V) V o(ycodo) (V) V i(xcodo) (V) Tabla 11: Medidas 2 V o(pico) (V) V o(min) (V) V o(ycodo) (V) V i(xcodo) (V) Cuestiones: Justifica la forma de onda de la señal de salida de la Fig. 5a) y Fig. 6a) comparandola con la de la señal de entrada. Justifica la forma de la curva de transferencia la Fig. 5b) y la Fig. 6b). Y ponlas en relación con las anteriores. Departamento de Electrónica Pag.7

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11 DISPOSITIVOS ELECTRONICOS. Curso PRACTICA Nº 2 Práctica 2: PUERTAS LÓGICAS INTEGRADAS: CARACTERÍSTICAS Objetivos: - Obtener y visualizar en el osciloscopio la característica de transferencia de un inversor. - Obtener a partir de dicha función de transferencia los niveles lógicos y los márgenes de ruido. - Observar los efectos de carga a la salida del inversor. Material e instrumentación a utilizar: - Placa de prototipos ( Protoboard ) - Circuitos Integrados: 74LS00 y 74HCT04 - Condensadores 47nF. - Fuente de alimentación - Generador de señales. - Osciloscopio. Desarrollo de la práctica. 1º TAREAS A REALIZAR CON ANTERIORIDAD A LA SESIÓN DE LABORATORIO Y A ENTREGAR A LA ENTRADA DE LA SESIÓN DE PRÁCTICAS: Responde brevemente a las siguientes cuestiones: 1.- Busca la información necesaria y cita al menos tres diferencias entre los circuitos integrados 74LS00 y 74HCT04 que van a ser empleados en esta práctica. 2.- Para qué se utiliza en esta práctica el generador de funciones? Indica de forma concreta que señal o señales vas a necesitar generar en esta práctica, y cómo debe ser configurado este instrumento para ello. (Indica que botones deben seleccionarse o accionarse) 3.- Cómo medirás en esta práctica los niveles lógicos. Indica a partir de que experimento los vas a obtener. Que instrumento vás autilizar y cómo debe estar configurado? 4.- Indica en detalle como hay que utilizar el osciloscopio en esta práctica para visualizar la característica de transferencia del inversor. Recuerda: Al entrar a la sesión de prácticas se entregaran las respuestas a las anteriores cuestiones. No olvides quedate con una copia de tu entrega. Departamento de Electrónica Pag.1

12 DISPOSITIVOS ELECTRONICOS. Curso PRACTICA Nº 2 Nombre: Curso: 1.- Busca la información necesaria y cita al menos tres diferencias entre los circuitos integrados 74LS00 y 74HCT04 que van a ser empleados en esta práctica. 2.- Para qué se utiliza en esta práctica el generador de funciones? Indica de forma concreta que señal o señales vas a necesitar generar en esta práctica, y cómo debe ser configurado este instrumento para ello. (Indica que botones deben seleccionarse o accionarse) 3.- Cómo medirás en esta práctica los niveles lógicos. Indica a partir de que experimento los vas a obtener. Que instrumento vás autilizar y cómo debe estar configurado? 4.- Indica en detalle como hay que utilizar el osciloscopio en esta práctica para visualizar la característica de transferencia del inversor. Departamento de Electrónica Pag.2

13 DISPOSITIVOS ELECTRONICOS. Curso PRACTICA Nº 2 2º TAREAS A REALIZAR EN EL LABORATORIO: Propuesta A: Obtener y comparar la característica de transferencia de dos inversores de dos familias lógicas diferentes, medir los niveles lógicos y calcular los márgenes de ruido. Utiliza el circuito integrado 74HCT04 que contiene 6 inversores (Fig. 1a) y el circuito 74LS00 que contiene 4 NAND de dos entradas (Fig. 1b). Montalos en la placa de prototipos según el esquema de la Fig. 1e. (Para el caso del 7400LS hacer que una NAND funcione como un inversor siguiendo el esquema de la Fig. 1c). No olvidar alimentar el chip a una tensión V CC de 5V. Además, para filtar el ruido inducido por la conmutación de la salida conectar entre alimentación y tierra un condensador de 47nF lo más proximo posible a la patita de alimentación del chip (Fig. 1d). Como señal de entrada V i, se empleará la proporcionada por el generador de señales v G (t). Así, antes de conectar el cable de salida del generador a la entrada de los inversores, deberá fijarse en él una onda triangular de aproximadamente 200Hz, unipolar (es decir, que sea siempre positiva), que recorra el intervalo de 0 a 5 V. (Antes de conectar la salida del generador de señales al circuito, utiliza el osciloscopio para visualizar la señal de entrada y verificar que cumple las anteriores especificaciones.) Para visualizar las variables V i y V o, conectar apropiadamente cada una de las dos sondas del osciloscopio a la entrada y salida respectivamente del inversor seleccionado. Utiliza el modo de representación X-Y del osciloscopio para visualizar la función de transferencia Vo-Vi (Fig. 1e). Mide sobre la pantalla del osciloscopio los niveles lógicas VoL, VoH, ViL y ViH y anótalos en la Tabla 1:. Determina a partir de ellos los márgenes de ruido de cada puesta lógica y completa dicha tabla. Dibuja sobre la réplica de la Fig. 1e, que se proporciona en la hoja de entrega, la imagen que ves en la pantalla del osciloscopio, y representar los niveles lógicos medidos sobre el diagrama salida-entrada del tipo de la Fig. 1f. Recuerda: Al terminar la sesión de prácticas se entregaran los datos recogidos en la Tabla 1:. Asi como el esquema de la Fig. 1f. No olvides quedate con una copia de tu entrega. 74HCT LS V CC V CC 47nF In Out (d) (a) (b) (c) V CC V o A v G (t) (e) Fig. 1 V i - V o - V i (f) Departamento de Electrónica Pag.3

14 DISPOSITIVOS ELECTRONICOS. Curso PRACTICA Nº 2 Propuesta B: Observar los efectos de carga a la salida del inversor. Utiliza el circuito integrado 74LS00 que contiene 4 NAND de dos entradas (Fig. 1b). Escoger una de ellas y configuralá como inversor según el esquema de la Fig. 1c) y reproducir en la placa de montaje el esquema de la Fig. 2, en donde se observa que se ha añadido una carga a la salida del inversor formada por un diodo led y una resistencia en serie (conexión con linea continua en la Fig. 2). Escoge R L1 = 1kΩ.. Visualiza ahora la característica de transferencia como en el caso anterior y mide de nuevo los valores de tensión VoL, VoH, ViL y ViH. Justifica las diferencias con lo observado en la Propuesta A. Dibuja sobre la réplica de la Fig. 2, que se proporciona en la hoja de entraga, la imagen que ves en la pantalla del osciloscopio, y representa los niveles lógicos sobre un diagrama salida-entrada de la Fig. 2. Mide V o y determina mediante cálculo la corriente que circula por la resistencia R L1. Añadir en paralelo a la salida una nueva carga idéntica a la anterior R L2 y repetir la experiencia. Justificar la diferencia (conexión con línea discontinua). Dibuja sobre la réplica de la Fig. 2, que se proporciona en la hoja de entraga, la imagen que ves en la pantalla del osciloscopio, y representar estos valores sobre un diagrama salida-entrada de la Fig. 2. Estima el número de cargas de este tipo que es posible conectar a la salida del inversor de forma que el diodo LED siga enciendose cuando a la entrada haya un cero lógico (conexión con linea de puntos). Recuerda: Al terminar la sesión de prácticas se entregaran los datos recogidos en la Tabla 2: y Table 3:. Asi como el esquema de la Fig. 2. No olvides quedate con una copia de tu entrega. v G (t) V i - A V o - R L1 R L2 R Ln n V o Fig. 2 V i Departamento de Electrónica Pag.4

15 DISPOSITIVOS ELECTRONICOS. Curso PRACTICA Nº 2 Nombre: Curso: 74CHT04 74LS00 Tabla 1: Valores medidos y calculados a partir de los datos experimentales V OL (V) V OH (V) V IL (V) V IH (V) MR L (V) MR H (V) MR(V) Resultados con el integrado 74CHT04 V CC V o v G (t) V i - A V o - V i Resultados con el integrado 74LS00 V CC V o v G (t) V i - A V o - V i Departamento de Electrónica Pag.5

16 DISPOSITIVOS ELECTRONICOS. Curso PRACTICA Nº 2 Nombre: Curso: Tabla 2: Valores medidos con el integrado 74LS00 y una etapa de carga V OL (V) V OH (V) V IL (V) V IH (V) MR L (V) MR H (V) MR(V) R L1 (Ω) I RL1 (ma) Resultados con el integrado 74LS00 V o v G (t) V i - A V o - R L1 V i Table 3: Valores medidos con el integrado 74LS00 y dos etapas de carga V OL (V) V OH (V) V IL (V) V IH (V) MR L (V) MR H (V) MR(V) R L1 (Ω) R L2 (Ω) I RL1 (ma) I RL2 (ma) Resultados con el integrado 74LS00 V o v G (t) V i - A V o - R L1 R L2 V i Departamento de Electrónica Pag.6

17 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 3 Práctica 3: EL TRANSISTOR BIPOLAR: FAMILIAS LÓGICAS BIPOLARES Objetivos: Montar un circuito electrónico correspondiente a una puerta RTL en una placa de prototipos Caracterizar eléctricamente el inversor RTL Mostrar como varía eléctricamente la salida del inversor RTL al variar el número de puertas RTL conectadas a su salida (aproximación al FANOUT) Caracterización del transistor usado en la práctica Simulación de la puerta RTL y comparación con los resultados experimentales. Desarrollo de la práctica: IMPORTANTE : Debes traer al laboratorio toda la documentación suministrada para realizar las prácticas anteriores, tanto el enunciado como otros documentos, te servirán de referencia. 1º Tareas a realizar antes de entrar a la sesión de practicas. Su resultado se entregará al entrar al laboratorio. Propuesta A : Característica de transferencia del inversor RTL Simula el circuito de la figura 1 para obtener su curva característica de transferencia. Figura 1: Inversor RTL Importante : el esquema mostrado en la figura 1 no está dibujado pensando en su simulación, por lo que dará problemas con PSPICE, tenedlo en cuenta a la hora de preparar su esquemático. (Q2N2222 / en la librería EVAL; 4v y Vin1 / Vdc en sources ; Vout / Capture -> Menú -> Place -> Net alias) La simulación necesaria es una simulación del tipo DC sweep donde la fuente de tensión de entrada varia entre 0v y 4v con un salto lineal de 0.01v. Representar la tensión de salida (Vout) frente a la tensión de entrada (Vin1). Departamento de electrónica Pag. 1

18 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 3 Dibuja la curva característica de transferencia resultante sobre el siguiente gráfico: 5v 4v 3v 2v 1v 0v 0v 1v 2v 3v 4v 5v Dibujo 1: Curva característica de transferencia simulada Usa el cursor (trace -> cursor -> display, botón izquierdo ratón = cursor 1) para rellenar la siguiente tabla: Vi 0v 0.5v 1 4 Vo Tabla 1: Respuesta a los niveles de tensión Añade la derivada de Vout (Pspice -> Menu -> Trace -> Add trace ), la derivada se nombra como D( ), luego será : D(V(Vout)). Los puntos donde esta derivada vale -1 es donde medimos Vih, Vil, Voh y Vol.. Realiza un zoom (View -> zoom -> area) de la gráfica para abarcar aproximadamente el rango de 5 a -2 en el eje vertical (Vout y D(V(Vout))) y el rango de 0 a 4v en el horizontal (Vin). Puedes usar el cursor para efectuar las medidas (trace -> cursor -> display, botón izquierdo ratón = cursor 1, teclas del cursor = cursor 1, pulsando sobre el icono de la señal D(V(Vout))) [bajo el eje horizontal, a la izquierda] se selecciona la derivada como la curva sobre la que navega el cursor, la posición se puede leer en la ventana Probe cursor ) Localiza los puntos donde la derivada vale -1 y rellena la siguiente tabla. Voh(V) Vol(V) Vih(V) Vil(V) NM H(V) NM L(V) NM(V) Tabla 2: Valores característicos Propuesta B : Parámetros del transistor. Usando las medidas de Voh, Vol, Vih y Vil, y un modelo ideal del transistor, obtener los siguientes parámetros del transistor NPN usado. Vbe ON Vce SAT Tabla 3: Parámetros del transistor Departamento de electrónica Pag. 2

19 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 3 Propuesta C : Caracterización temporal del inversor RTL Simula el circuito de la figura 1 para medir sus características temporales. Cambia el valor de la fuente de entrada de 0Vdc a 0Vdc pulse ( 0 4 1n 1n 1n 2u 4u). Realiza una nueva simulación del tipo Time domain de 10μs (10us). Representa la tensión en la fuente de entrada frente al tiempo (un pulso de 2μs de ancho y 4μs de periodo) y la salida Vout del circuito. Puedes usar los 2 cursores para efectuar las medidas (botón izquierdo ratón = cursor 1, botón derecho ratón = cursor 2, teclas del cursor = cursor 1, teclas del cursor shift = cursor 2, pulsando con el botón del ratón correspondiente sobre el icono de cada señal se selecciona la curva sobre la cual navegará el cursor) Puedes usar el zoom de área para mejorar la medida. Mide los siguientes datos: Tf(ns) Tr(ns) Tp LH(ns) Tp HL(ns) Tabla 4: Parámetros temporales del inversor RTL 2º Tareas a realizar en la sesión de practicas. Su resultado se entregará al salir del laboratorio. Propuesta D : Características de transferencia del inversor RTL Mide el valor de las resistencias que usarás en el montaje de la figura 2. Rb1 Rb2 Rc1 Rc2 Tabla 5: Valores de las resistencias Montar en la placa el circuito de la figura 2, al igual que en las anteriores prácticas, trata de usar el menor número de cables para las conexiones. Verifica el montaje aplicando una señal constante, primero de 4V y después de 0V a las entradas Vin1 y Vin2, mide usando el polímetro o el osciloscopio las salidas Vout1 y Vout2 en cada caso, su comportamiento debe ser el de un inversor. Figura 2: Inversores RTL Vin1 Vout1 Vin2 Vout2 4v 0v 4v 0v Tabla 6: Respuesta a los niveles lógicos Departamento de electrónica Pag. 3

20 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 3 Como señal de entrada, usa el generador de señales para obtener una señal triangular en el rango de 0 a 4V y con una frecuencia de 100Hz, con el osciloscopio podrás verificar que cumple estas especificaciones (véase la práctica 2). Usa el osciloscopio para visualizar la señal Vout1. Cambia el osciloscopio al modo XY para obtener la curva característica de transferencia de la puerta (véase la práctica 2). Asegúrate de que la escala en los dos canales es la misma y mide los niveles lógicos Vol, Voh, Vil y Vih. Usa estos valores para determina los margenes de ruido. Voh(V) Vol(V) Vih(V) Vil(V) NM H(V) NM L(V) NM(V) Tabla 7: Valores característicos. Dibuja aproximadamente la curva característica de transferencia obtenida en el osciloscopio sobre el siguiente gráfico: 5v 4v 3v 2v 1v 0v Propuesta E : Características de salida : FANOUT Conecta la salida Vou1 con la entrada Vin2 y mide los siguientes valores: Vin1(V) Vout1 = Vin2 (V) Vout2 (V) 0v 4v Tabla 8: Transmisión de información entre dos puertas. Sobre la gráfica dibujada anteriormente (Dibujo 2), dibuja la nueva curva característica de transferencia (Vout1 frente a Vin1). El siguiente experimento debes realizarlo en colaboración con otro compañero, usando sus dos inversores como carga. (nombremos las puertas individuales de tu compañero como puerta 3 y puerta 4) Conecta Vout1 a Vin2 y a Vin3. Medimos Vout1. 0v 1v 2v 3v 4v 5v Dibujo 2: Curva característica en el osciloscopio Conecta Vout1 a Vin2, Vin3 y Vin4. Medimos Vout1. Rellena la siguiente tabla, donde resumimos los valores de salida en los siguientes casos : Sin conectar nada (Vout1), con una puerta (Vout1 = Vin2), con dos (Vout1 = Vin2 = Vin3) y con tres (Vout1 = Vin2 = Vin3 = Vin4). Departamento de electrónica Pag. 4

21 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 3 Vin1(V) Vout1(V) Vout1 = Vin2 (V) Vout1 = Vin2 = Vin3 (V) Vout1 = Vin2 = Vin3 = Vin4 (V) 0v 4v Tabla 9: Variación de Vout con la carga Propuesta F: Compara los resultados de las propuestas A y D. Examina las tablas 2 y 7, calcula la diferencia en valor absoluto entre los valores medidos y los obtenidos por simulación. Δ Voh(V) Δ Vol(V) Δ Vih(V) Δ Vil(V) Δ NM H(V) Δ NM L(V) Δ NM(V) Tabla 10: Diferencia absoluta entre los resultados experimentales y los simulados. Figura 3: Encapsulado del transistor 2N2222 Departamento de electrónica Pag. 5

22 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 3 Hoja de resultados, para entregar al acceder al laboratorio. Alumno : Curso : Vi Vo 0 0.5v 1v 4v Tabla 1: Respuesta a los niveles de tensión Voh(V) Vol(V) Vih(V) Vil(V) NM H(V) NM L(V) NM(V) Tabla 2: Valores característicos Vbe ON Vce SAT Tabla 3: Parámetros del transistor Tf(ns) Tr(ns) Tp LH(ns) Tp HL(ns) Tabla 4: Parámetros temporales del inversor RTL 5v 4v 3v 2v 1v 0v 0v 1v 2v 3v 4v 5v Dibujo 1: Curva característica de transferencia simulada Departamento de electrónica Pag. 6

23 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso PRACTICA Nº 3 Hoja de resultados, para entregar al final de la práctica. Alumno : Curso : Rb1 Rb2 Rc1 Rc2 Tabla 5: Valores de las resistencias Vin1 Vout1 Vin2 Vout2 Tabla 6: Respuesta a los niveles lógicos Voh(V) Vol(V) Vih(V) Vil(V) NM H(V) NM L(V) NM(V) Tabla 7: Valores característicos. Vin1(V) Vout1 = Vin2 (V) Vout2 (V) Tabla 8: Transmisión de información entre dos puertas. Vin1(V) Vout1(V) Vout1 = Vin2 (V) Vout1 = Vin2 = Vin3 (V) Vout1 = Vin2 = Vin3 = Vin4 (V) Tabla 9: Variación de Vout con la carga Δ Voh(V) Δ Vol(V) Δ Vih(V) Δ Vil(V) Δ NM H(V) Δ NM L(V) Δ NM(V) Tabla 10: Diferencia absoluta entre los resultados experimentales y los simulados. 5v 4v 3v 2v 1v 0v 0v 1v 2v 3v 4v 5v Dibujo 2: Curva característica en el osciloscopio Departamento de electrónica Pag. 7

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25 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso Práctica Nº4 Nombre y Apellidos: Grupo: PRÁCTICA N.4: EL TRANSISTOR M.O.S.F.E.T. Para la realización de esta práctica serán necesarios los siguientes materiales: Chip MC14007 que consta de 3 transistores MOSFET de canal N y otros 3 de canal P. Placa de montaje y cables de conexionado. Dos diodos LED y una resistencia de 1k Fuente de alimentación. Generador de Frecuencia. Osciloscopio. OBJETIVOS - Profundizar en el estudio del transistor MOSFET. - Montar en la placa de prototipos dos circuitos electrónicos correspondientes a inversores de las familias NMOS y CMOS. - Comprobar el funcionamiento eléctrico del inversor NMOS y del inversor CMOS. - Observar el consumo de potencia estático y dinámico en inversores MOSFET. TAREAS PREVIAS A LA ENTRADA AL LABORATORIO Propuesta A: Identifique, rodeando con un círculo los transistores de canal P que aparecen en el circuito electrónico de la figura (1). Indique, trazando con líneas sobre el circuito de la figura (2), los cables necesarios para el montaje de un inversor CMOS, incluidos los cables de alimentación. Nota: PUEDEN EXISTIR VARIAS SOLUCIONES VÁLIDAS. (1) (2) EJEMPLAR PARA ENTREGAR 1

26 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso Práctica Nº4 Nombre y Apellidos: Grupo: Propuesta B: Implementación de funciones lógicas Conecte adecuadamente los cables necesarios para implementar la función lógica f = A B C utilizando como base el circuito de la figura (3) sobre un proyecto Pspice. Observe que para ello deberá utilizar todos los transistores integrados en el chip. Así mismo, se suministran 3 fuentes de tensión para realizar el análisis de todas las combinaciones posibles de la tabla de verdad con el fin de chequear el funcionamiento de la función booleana. Los transistores MOSFET que debe emplear son los que aparecen en la librería breakout de PSpice. Por otro lado, los parámetros del simulador deberán ser: Analysis type = Time domain (Transient), Run_to_Time=500us, Maximum step size = 200 ns. Represente el cronograma del circuito donde aparezcan las 3 señales de entrada y la salida. Deberá de emplear 4 ventanas distintas del simulador PSpice (Pspice Plot Add Plot to Window), una para cada entrada y otra para la salida. (3) EJEMPLAR PARA ENTREGAR 2

27 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso Práctica Nº4 PRÁCTICA N.4: EL TRANSISTOR M.O.S.F.E.T. Para la realización de esta práctica serán necesarios los siguientes materiales: Chip MC14007 que consta de 3 transistores MOSFET de canal N y otros 3 de canal P. Dos diodos LED y una resistencia de 1k Placa de montaje y cables de conexionado. Fuente de alimentación. Generador de Frecuencia. Osciloscopio. OBJETIVOS - Profundizar en el estudio del transistor MOSFET. - Montar en la placa de prototipos dos circuitos electrónicos correspondientes a inversores de las familias NMOS y CMOS. - Comprobar el funcionamiento eléctrico del inversor NMOS y del inversor CMOS. - Observar el consumo de potencia estático y dinámico en inversores MOSFET. TAREAS PREVIAS A LA ENTRADA AL LABORATORIO Propuesta A: Identifique, rodeando con un círculo los transistores de canal P que aparecen en el circuito electrónico de la figura (1). Indique, trazando con líneas sobre el circuito de la figura (2), los cables necesarios para el montaje de un inversor CMOS, incluidos los cables de alimentación. Nota: PUEDEN EXISTIR VARIAS SOLUCIONES VÁLIDAS. (1) (2) 3

28 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso Práctica Nº4 Propuesta B: Implementación de funciones lógicas Conecte adecuadamente los cables necesarios para implementar la función lógica f = A B C utilizando como base el circuito de la figura (3) sobre un proyecto Pspice. Observe que para ello deberá utilizar todos los transistores integrados en el chip. Así mismo, se suministran 3 fuentes de tensión para realizar el análisis de todas las combinaciones posibles de la tabla de verdad con el fin de chequear el funcionamiento de la función booleana. Los transistores MOSFET que debe emplear son los que aparecen en la librería breakout de PSpice. Por otro lado, los parámetros del simulador deberán ser: Analysis type = Time domain (Transient), Run_to_Time=500us, Maximum step size = 200 ns. (3) Represente el cronograma del circuito donde aparezcan las 3 señales de entrada y la salida. Deberá de emplear 4 ventanas distintas del simulador PSpice (Pspice Plot Add Plot to Window), una para cada entrada y otra para la salida. 4

29 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso Práctica Nº4 TAREAS A REALIZAR EN EL LABORATORIO Propuesta C: Montaje del inversor NMOS y CMOS: Consumo de potencia en estático. Implemente físicamente, sobre la placa de montaje, un inversor NMOS utilizando el circuito integrado MC14007 según aparece en el circuito de la figura (4). Simultáneamente implemente también un inversor CMOS según el circuito de la figura (5). Observe que en ambos circuitos aparece un diodo LED que servirá para ilustrar cuando se produce consumo de potencia en cada puerta lógica al iluminarse dicho diodo. Asimismo, debido a que el circuito integrado no dispone de transistores de deplexión o empobrecimiento, el inversor NMOS se ha de construir empleando una resistencia de 1KΩ en lugar del mencionado transistor de deplexión. Por ultimo, la tensión de alimentación debe ser de 7 voltios. (4) (5) Según la materia explicada en clase sabemos que el inversor NMOS consume potencia estática cuando su entrada es conectada a nivel lógico alto y también consume potencia dinámica en las transiciones de estado, es decir, cuando su entrada cambia de nivel alto a bajo y viceversa. Por su parte el inversor CMOS no tiene consumo de potencia estática pero si de tipo dinámica. Por lo tanto, compruebe el funcionamiento correcto de ambos inversores teniendo en cuenta lo siguiente: Inversor NMOS (consumo de potencia estática): o Cuando la entrada Vin esté a nivel alto el diodo LED deberá iluminarse habrá consumo estático. o Cuando Vin esté a nivel bajo el diodo LED deberá apagarse no habrá consumo estático. Inversor CMOS (consumo de potencia estática): o Cuando Vin esté a nivel alto el diodo LED deberá apagarse no habrá consumo estático. o Cuando Vin esté a nivel bajo el diodo LED deberá apagarse no habrá consumo estático. Propuesta D: Inversor NMOS y CMOS: Consumo de potencia dinámica. A continuación, como señal de entrada Vin, se empleará la proporcionada por el generador de señales. De modo que, antes de conectar el cable del generador a la entrada de ambos inversores, deberá conectar dicho generador con uno de los canales del osciloscopio. A continuación, seleccionaremos en el generador de frecuencia una Frecuencia de 1KHz en la salida triangular que será siempre de valor positivo y con una amplitud de pico a pico de 7 voltios. También será necesario modificar el ciclo de trabajo o duty cicle de la onda. En general, cuando una señal se encuentra el mismo periodo de tiempo a nivel bajo que a nivel alto se dice que tiene un duty cicle del 50%. Por lo tanto si hablamos de una señal triangular, la rampa de subida y la de bajada deben durar el mismo tiempo. Sin embargo, en nuestra práctica deberemos de modificar el duty cicle (actuando sobre el botón adecuado de nuestro generador de frecuencia) para que la rampa de subida sea bastante más lenta que la de bajada según podemos apreciar en la figura (6). 5

30 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso Práctica Nº4 (6) Una vez conseguida la señal, deberemos de bajar su frecuencia a 1Hz con objeto de visualizar adecuadamente el parpadeo en los diodos LEDS y conectarla a la entrada de ambos inversores. Representando la intensidad que circula por el inversor NMOS (rojo) y por el inversor CMOS (azul) respecto de la onda triangular de entrada V in (verde) tendríamos la figura (7): 10V 5V 0V 500uA V(V5:) 250uA SEL>> 0A 200uA ID(M4) 100uA 0A 0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms 2.0ms 2.5ms 3.0ms IS(M7) Time (7) Razone acerca del comportamiento de ambos inversores en base a las observaciones realizadas: 6

31 DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS. Curso Práctica Nº4 Nombre y Apellidos: Grupo: Razone acerca del comportamiento de ambos inversores en base a las observaciones realizadas: EJEMPLAR PARA ENTREGAR 7

32 Navas González, R.; Martín Vázquez, M.; López García, J. (2010).Dispositivos Electrónicos. Prácticas OCW- Universidad de Málaga Bajo licencia Creative Commons Attribution-Non-Comercial-ShareAlike